Учёные неожиданно для себя обнаружили новую химически стабильную форму пятивалентного плутония. До этого пятивалентный плутоний наблюдался лишь в крайне неустойчивых химических соединениях. И когда химики получили результаты, то никто в прямом смысле не поверил своим глазам.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie. Новое неожиданное открытие может сделать хранение ядерных отходов более безопасным.
Многие страны сегодня разрабатывают меры по улучшению безопасности хранения радиоактивных отходов (никто не хочет, чтобы радионуклиды попали в окружающую среду). Как показали предыдущие исследования, соединения плутония в виде коллоидных растворов могут легко распространяться грунтовыми водами на многие километры. Они возникают при взаимодействии радиоактивного вещества с глинами, оксидами железа или природной органикой.
Учёные экспериментируют с плутонием в условиях, приближённых к природным, чтобы понять, что можно противопоставить этой угрозе.
Авторы новой работы планировали создать наночастицы диоксида плутония (PuO2). В качестве исходного реагента использовался водный раствор шестивалентного плутония (Pu (VI)).
"Каждый раз, когда мы создаём наночастицы из других веществ-предшественников, [таких как] Pu (III), (IV) или (V), реакция идёт очень быстро, но здесь мы наблюдали странное явление на полпути", – рассказывает первый автор статьи Кристина Квашнина (Kristina Kvashnina), сотрудник Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф в Германии (HZDR ). Она и её коллеги изучали продукты реакции при помощи различных методов и ускорительного комплекса ESRF в Гренобле, Франция.
В реакции образовался неизвестный промежуточный продукт: стабильное твёрдое вещество. Учёные проанализировали его структуру с помощью флуоресцентного детектирования с высоким энергетическим разрешением (HERFD).
Все данные указывали на то, что таинственное вещество содержит пятивалентный плутоний. Однако существование такого стабильного соединения было настолько неожиданным, что проводившие синтез химики из МГУ заподозрили, что имеют дело с ошибкой эксперимента.
"Химики были в полном недоумении, но результаты были абсолютно ясными", – рассказывает Квашнина.
Чтобы установить истину, авторы провели ещё один спектроскопический эксперимент, на этот раз по другой методике. Новые результаты подтвердили, что речь идёт о соединении пятивалентного плутония, подобном NH4PuO2CO3. Как показали дальнейшие опыты, оно сохранялось в стабильном состоянии на протяжении как минимум трёх месяцев.
Открытие может изменить представления учёных о том, что произойдёт с сегодняшними ядерными отходами через миллионы лет.
"Это трудная задача, и [здесь] возможны только теоретические прогнозы. Но существование этой новой твёрдой фазы Pu (V), которая является стабильной, с этого момента необходимо будет принимать во внимание. Это наверняка изменит теоретические прогнозы поведения плутония в окружающей среде в течение миллионов лет", – заключает Квашнина.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как химики научились извлекать из ядерных отходов новое топливо, о новом способе очистки воды от радиоактивных элементов и о рецептах хранения ядерных отходов, подсказанных самой природой.
